5 курс / Госпитальная педиатрия / Неотложные_состояния_и_анестезия_в_акушерстве_Клиническая_патофизиология
.pdf3)аммониогенезом. Образующийся в эпителии почечных ка нальцев NH3 в просвете канальцев взаимодействует с Н+ с образо ванием NH4+;
4)выделением слабых органических кислот в мочу. Донатором иона водорода в первом, втором и третьем процессах
является угольная кислота, которая образуется в клетках канальцев. Реакция катализируется ферментом карбоангидразой, содержащей
ся в них в большом количестве (так же как и в эритроцитах) :
со2 + н2о = н+ + нсо3-
Нейтрализация и секреция ионов водорода происходит в ре зультате их обмена с натрием в буферах первичной мочи. Бикарбонатные ионы, которые остаются после выхода Н+ в канальце - вую мочу, реабсорбируются в кровь, повышая ее буферную спо собность. Процесс выделения эпителием почечных канальцев Н+ происходит с одновременной реабсорбцией эквивалентного ко личества ионов натрия. Уменьшение реабсорбции натрия, как пра вило, сопровождается снижением ацидогенеза.
При усиленном выделении почками кислот на уровне дистальных канальцев и собирательных трубок включается механизм аммониогенеза. NH3, с одной стороны, обеспечивает связывание Н+, с другой — выведение анионов сильных кислот в виде аммоний ных солей, в составе которых ионы Н+ не оказывают повреждаю щего воздействия на эпителий канальцев. 60% натрия образуется при дезаминировании глютамина под действием фермента глютаминазы, а остальные 40% — из других аминокислот. Реабсорбция натрия происходит в обмен на выделение как ионов водорода, так и ионов калия. Этот обмен регулируется минералокортикоидами. При недостатке ионов водорода может усилиться выделение калия, а при избытке — уменьшается.
Почечная регуляция кислотно-основного баланса является хотя и радикальным, но относительно медленным процессом.
Определенное место в поддержании кислотно-основного гомеостаза занимает желудочно-кишечный тракт. Клетки слизистой оболочки желудка секретируют Н+ и СГ, а в крови остаются Na+
иНС03~. Защелачивание крови не происходит, так как ионы хло
ра желудочного сока вновь всасываются в кишечнике. Эпителий слизистой оболочки кишечника секретирует щелочной сок — Na+
иНС03~. При этом в крови остаются Н+ и Ch Кратковременный сдвиг реакции уравновешивается обратным всасыванием бикар боната в кишечнике.
Вто время как почки концентрируют и выделяют из орга низма, главным образом Н+ и одновалентные катионы, кишеч ный тракт концентрирует и выделяет двухвалентные щелочные ионы.
112
Участие печени в нейтрализации кислот и оснований возмож но за счет нескольких механизмов:
1) органические кислоты, образующиеся в процессе метабо лизма, в печени превращаются в межуточные и конечные про дукты, которые не являются кислотами, или образуют углекисло ту, быстро выделяющуюся из легких;
2)некоторые органические кислоты нейтрализуются, обра зуя соединение с продуктами белкового обмена (соединение бен зойной кислоты с гликогеном);
3)молочная кислота нейтрализуется в печени, превращаясь в гликоген. Этот процесс имеет значение после усиления мышеч ной работы, когда в кровь поступает значительное количество молочной кислоты;
4)неорганические кислоты задерживаются в печени, нейтра лизуются и удаляются вместе с желчью. Также удаляются вместе с желчью и основания;
5)в печени происходит нейтрализация кислот аммиаком, об разующимся при дезаминировании аминокислот и некоторых дру гих продуктов белкового обмена.
Кислотно-основной гомеостаз крови характеризуют следующие показатели:
рН — показатель активной реакции крови; суммарно отражает функциональное состояние дыхательных и метаболических ком понентов и изменяется в случае превышения возможностей всех буферных систем (в норме 7,35-7,45).
рС02 (мм рт. ст.) — напряжение углекислоты в крови; един ственный дыхательный показатель кислотно-основного гомеоста за, отражающий функциональное состояние системы дыхания, изменяющееся при ее патологии и в результате компенсаторных реакций при метаболических сдвигах (в норме 35—45 мм рт. ст.).
АВ (ммоль/л) — истинные бикарбонаты крови (actual bikarbonate); концентрация ионов угольной кислоты, НС03~ при физическом состоянии крови в кровеносном русле, т. е. опреде ленное без соприкосновения с воздухом при температуре 38°С (в норме 21,8—27,2 ммоль/л).
SB (ммоль/л) — стандартный бикарбонат (standart bikarbonate); концентрация бикарбонатных ионов (НС03~), измеренная при стандартных условиях: рС02 — 5,3 кПа (40 мм рт. ст.), при темпе ратуре 38°С и полном насыщении гемоглобина кислородом. Ха рактеризует смещение ионов бикарбонатной системы. Этот пока затель считается более ценным в диагностическом отношении, чем истинный бикарбонат, поскольку отражает только метаболи ческие сдвиги (в норме 21,6—26,9 ммоль/л);
113
ВВ (ммоль/л) — буферные основания крови (buffer base); об щая концентрация буферных ионов (бикарбонаты, белки, гемог лобин) в полностью оксигенированной крови. Диагностическое значение этого показателя небольшое, т. к. он меняется в зависи мости от рС02, концентрации гемоглобина (в норме 43,7—53,5 ммоль/л).
BE (ммоль/л) — избыток или недостаток буферных оснований (base excess). Характеризует сдвиг ионов всех буферных систем и указывает на природу нарушений кислотно-основного гомеостаза. Отрицательное значение BE отражает дефицит оснований или из быток кислот. При метаболических сдвигах кислотно-основного го меостаза крови смещение BE будет выражено более значительно, чем при дыхательных нарушениях (в норме — 1,8—3,1 ммоль/л).
По направленности сдвига активной реакции крови в кислую или щелочную сторону различают ацидоз или алкалоз. По основной причине, вызывающей эти нарушения, они могут быть дыхатель ными или метаболическими, а по степени выраженности сдвига — компенсированными, субкомпенсированными, декомпенсированными. Основными типами нарушения КОС по общепринятой клас сификации являются следующие: дыхательный ацидоз, дыхатель ный алкалоз, метаболический ацидоз, метаболический алкалоз.
Ацидозом называется такое нарушение КОС, при котором в крови появляется относительный или абсолютный избыток кис лот. Алкалоз — характеризуется абсолютным или относительным увеличением оснований в крови. Компенсированный ацидоз и ал калоз — это такое состояние, когда изменяются абсолютные ко личества Н.СО, и NaHC03 , но отношение остается в нормальных пределах 1:20. При сохранении указанных соотношений рН крови колеблется в физиологических пределах, обеспечивая включение физиологических механизмов регуляции КОС. Декомпенсированными ацидозами и алкалозами называются такие состояния, ког да изменяются не только общие количества Н2С03 и NaHC03 , но и их соотношения, результатом чего является сдвиг рН крови в ту или другую сторону.
Признаком, позволяющим отличить дыхательные нарушения кислотно-щелочного равновесия от недыхательных, служит на пряжение в крови С02 (рС02) и избыток оснований (BE).
Для дыхательных нарушений характерны сдвиги рС02 в сторо ну повышения или понижения без предварительного сдвига со держания буферных оснований. При нереспираторных нарушени ях предварительно изменяется BE, а уже вторично — рС02.
Метаболический (нереспираторный) ацидоз чаще возникает при накоплении в организме недоокисленных продуктов обмена (ацетоуксусная, у-оксимасляная, молочная кислота). Гиперпродукция
114
кетоновых тел может возникнуть при уменьшении содержания гли когена в печени при интенсивном распаде жиров, при кислород ном голодании, при нарушении работы цикла трикарбоновых кис лот. При отдельных патологических состояниях концентрация кето новых тел может увеличиваться в сотни раз (сахарный диабет, углеводное голодание, высокая лихорадка и др.), при этом значи тельное количество их выделяется почками в виде солей Na+ и К+. Это, в свою очередь, может привести к потерям больших количеств щелочных ионов и развитию декомпенсированного ацидоза.
Кратковременный ацидоз может возникнуть после интенсив ной физической нагрузки, что связано с образованием молочной кислоты. Подобное может наблюдаться при различных формах кислородного голодания (заболевания легких, сердца).
Исходя из физиологической роли почек в поддержании кис лотно-основного равновесия, можно себе представить, что при нарушении выведения почками кислых солей (фосфатов, сульфа тов, органических аминов, угнетение аммониогенеза) может раз виться метаболический или вьщелительный ацидоз. Оказалось, что многие почечные заболевания могут сопровождаться подобным синдромом.
Значительная потеря щелочей и последующее развитие мета болического ацидоза может наблюдаться при поносах, либо вы делении щелочного кишечного сока через энтеростому.
При развитии метаболического ацидоза включается целая цепь компенсаторно-приспособительных механизмов, направленных на поддержание кислотно-основного гомеостаза.
В компенсации возникающих сдвигов рН наиболее быстро всту пают в действие механизмы разбавления избыточных кислот вне клеточными жидкостями. Одновременно начинается взаимодей ствие их с основаниями буферных систем клеток и внеклеточны ми жидкостями. В результате взаимодействия с буферными системами основания расходятся (уменьшаются) и количество кислых частей увеличивается. В бикарбонатной системе происхо дит образование из любых кислот слабодиссоциированной Н2С03, в фосфатной — NaH2P04. Соотношение 1:20 и 1:5 меняется, про исходит сдвиг рН к нижней границе нормы. Действует и белковый буфер плазмы. Белок отдает связанный им натрий и поглощает ионы водорода, а натрий связывается с анионами этих кислот. Излишек ионов Н+ частично перемещается из плазмы в эритро циты и в тканевые клетки в обмен на клеточные ионы калия, в клетках калия становится меньше, а в плазме его концентрация растет в виде солей избыточно образованных кислот. Гиперкалиемия — важный признак метаболического ацидоза. Излишек ионов Н+ частично уходит также в кости, обмениваясь на катионы мине-
115
ральной части скелета. Из костей в плазму поступает Na+ и Са++, поэтому при длительном тяжелом обменном ацидозе наблюдают размягчение — декальцинацию костной ткани. Концентрация ка тионов К+, Na+, Са++ в плазме увеличена.
Одновременно с действием химических буферных систем вклю чаются и физиологические. При метаболическом ацидозе в капил лярно-венозную кровь поступает много кислых валентностей и значительно меньше С02. Однако в результате действия мощной карбонатной буферной системы, «кислотный удар» ослабляется образованием из кислот угольной кислоты — Н2СОд. Угольная кис лота очень нестойка и быстро распадается на Н20 и С02. Таким образом запускается известный механизм кровь—легкие. С0 2 за ходит в эритроцит, где образуется Н+ и НС03~. Ион Н+ связыва ется с гемоглобином, НС03~ — выходит в плазму. Однако количе ство НС0 3 остается в плазме сниженным, т. к. поступление его не пропорционально расходованию, поэтому СІ" в меньшем количе стве поступает в эритроцит и накапливается в плазме. Образую щийся в плазме при избытке угольной кислоты избыток С02 и снижение рН возбуждает через хеморецепторы сосудов и непос редственно через кровь дыхательный центр. Возникает гипервен тиляция легких, и из крови выходит много С02 до тех пор, пока не восстановится равновесие 1:20 между Н2С03 и NaHC03 . При этом в легочных капиллярах НС03~ из плазмы перемещается в эритроцит и соединяется с Н+ от гемоглобина и образуется С02 и Н20. Содержание бикарбоната дополнительно уменьшается, сни жается содержание H J C O J и рС02 крови. В то же время соотноше ние бикарбонатного буфера 1:20 восстановилось. Значит и рН удер живается в пределах нормальных величин. Гипернатриемия и гиперхлоремия сохраняются.
Благоприятное значение гипервентиляции состоит в том, что происходит снижение рС02 и усиливающееся насыщение крови кислородом способствует более полному окислению недоокисленных продуктов. Когда увеличение вентиляции по каким-либо при чинам прекращается, накапливается С02 и ацидоз становится не компенсированным.
Роль почек в компенсации метаболического ацидоза значи тельно меньше роли гипервентиляции. Бикарбонатов в почках об разуется и фильтруется мало и все профильтровавшееся количе ство реабсорбируется. Однако кислотность мочи возрастает (иног да рН бывает ниже 4,5) за счет увеличения в моче титруемых кислот. Наибольшая часть из них представлена свободными орга ническими кислотами (например, при диабете — это кетоновые тела). Будучи в крови нейтрализованы буферными основаниями, т. е. обменяв ион водорода на Na+ или на другой катион в каналь-
116
цах они частично опять заменяют Na+ на ион водорода и выделя ются в виде свободной кислоты. Na+ реабсорбируется в кровь в обмен на Н+ ион. Однако большая часть избыточных кислот выде ляется не в свободной форме, а в виде солей аммония. Усиление аммониогенеза при ацидозе происходит медленно, но при дли тельных нарушениях он представляет собой очень важный биохи мический механизм. В процессе аммониогенеза происходят очень важные явления — реабсорбция не только Na+, но и других кати онов. Концентрация К+, Na4, Са++ и др. повышается и они в из бытке фильтруются в клубочках, а поэтому терялись бы в орга низме, если бы не замещающий их катион аммония.
Количество титруемых кислот в моче возрастает также за счет увеличенного количества кислых фосфатов. В итоге в моче появля ется большое количество солей аммония и кислых фосфатов, ко торые способствуют титруемой кислотности мочи, хотя и пони жают рН.
Развитие метаболического ацидоза может приводить к различ ным нарушениям функций организма.
Даже при компенсированной форме обменного ацидоза воз никают значительные нарушения различных звеньев обмена ве ществ и разных функций организма, то есть поддержание одной из важнейших сторон гомеостаза — сохранение нормального уровня рН. Это, в первую очередь, следует отнести к ведущему механиз му компенсации негазового ацидоза — к снижению рС02 в крови вследствие гипервентиляции. Обеспечивая удержание нормальной величины рН крови, понижение парциального напряжения С02 само является неблагоприятным сдвигом. Оно может приводить к понижению возбудимости дыхательного центра, вследствие чего появляется периодический тип дыхания (дыхание Куссмауля, ко торое очень характерно для диабетической, а также для уремичес кой и печеночной комы). Понижение рС02 вызывает и другое не благоприятное явление — глубокое падение тонуса сосудов. Ем кость сосудистого русла перестает соответствовать объему крови. Снижается минутный объем сердца. Кровяное давление падает. Вследствие этого снижается почечный кровоток, а потому могут быть снижены фильтрация и реабсорбция.
Неизбежным следствием метаболического ацидоза являются нарушения водно-электролитного баланса. С мочой теряются на трий, калий, кальций и другие катионы металлов. Понижается их общее содержание в тканях организма. Так, при длительном аци дозе происходит декальцинация и размягчение костей. Клетки, в частности, мышечная ткань миокарда, обедневают калием. В плаз ме концентрация названных катионов возрастет. Гиперкалиемия в сочетании с низким содержанием калия в мышце сердца наруша-
117
ет ее основные свойства. Чувствительность ее к адреналину извра щается (вплоть до появления фибрилляции). Возникают различ ные формы аритмий, изменяется ЭКГ, снижается сократительная функция миокарда. Нарушение электролитного баланса, в частно сти, баланса кальция, ведет к угнетению нервномышечной возбу димости. Повышение осмотической концентрации внеклеточной жидкости способствует ее избыточному накапливанию в тканях (отечности) и обезвоживанию клеток.
Газовый ацидоз характеризуется накоплением в крови углекис лоты вследствие:
1)нарушения проходимости дыхательных путей, капилляр но-альвеолярной диффузии С02 (отек легких, пневмония), гиповентиляции вследствие угнетения дыхательного центра наркоти ческими препаратами — морфин, фентанил, эфир, барбитураты — или повреждения дыхательного центра — черепно-мозговая трав ма, кровоизлияния, внутричерепная гипертензия;
2)высокой концентрации углекислого газа в окружающей среде (шахты, подводная лодка, неисправности наркозно-дыхательной аппаратуры).
Метаболический алкалоз.
В последние годы метаболическому алкалозу клиницисты ста ли придавать большое значение, чем раньше, поскольку это со стояние трудно поддается лечению, т. к. происходят внешние по тери электролитов и расстройство клеточных и внеклеточных ион ных отношений. У многих больных непосредственной причиной смерти является метаболический алкалоз.
Причины: 1) потеря ионов хлора из желудка (неукротимая рвота);
2) уменьшение содержания калия в организме;
3) введение больших количеств бикарбоната натрия в организм. |
|
При потере ионов хлора из желудка (надо не забывать, что |
|
одновременно |
+ и К+) в организме в избытке образует |
ся Na+ и НС03~ в просвете кишечника, которые в дальнейшем
будут реабсорбироваться. В начале этой патологии СГ в плазме будет замещаться выходом СГ из клеток в обмен на создавшийся относительный избыток НС03~. Одновременно из клеток будет выходить водород в обмен на натрий и калий. Возникает внутри клеточный алкалоз.
При смещении рН в щелочную сторону происходит угнетение дыхательного центра. Гиповентиляция способствует гипоксии и увеличению количества недоокисленных продуктов, которые в какой-то мере истощают щелочные резервы. При повышении рН диссоциация оксигемоглобина в тканях затрудняется, что вызыва-
118
ет относительный дефицит кислорода в тканях и также накопле ние недоокисленных продуктов. Этим, в общем-то, патологичес кие процессы могут в какой-то мере осуществлять компенсацию метаболического алкалоза. Поддержанию компенсации в значи тельной мере способствует деятельность почек. При смещении рН в щелочную сторону уменьшается диссоциация Н2С03 на Н+ и НС03~, поэтому секретируется меньше Н+ ионов и соответствен но с мочой больше теряется НС03~. Этому же способствует и не устойчивое рС02. В почках также может наблюдаться потеря ка лия, а в тяжелых случаях и натрия.
Если в организм длительное время поступает избыток НС03~, то развивается гипокалиемия и гипокалиемический алкалоз.
Один из главных механизмов возникновения гипохлоремического алкалоза — это частая потеря водородных ионов, входящих в состав соляной кислоты, которая образуется при диссоциации Н2С03. Соответственно равновесие в крови
Н2С03 / NaHC03 - 1 / 2 0
смещается в сторону увеличения щелочного резерва. Щелоч ной резерв увеличивается.
Частичная компенсация идет за счет того, что белки обмени вают натрий на водород, и фосфатные системы превращаются в двузамещенные, отдавая в плазму водород. Одновременно из кле ток выходит ион водорода. При повышении рН может угнетаться дыхательный центр и происходить частичная задержка С02. Но в данной ситуации эта реакция дыхания может быть более эффек тивной, чем при введении бикарбонатов, т. к. задерживающийся С02 превращается в Н2С03 и быстрее распадается в желудке, по этому дыхательный центр и не успевает возбуждаться.
В почках наблюдаются значительные потери НС0 3 , Na+ и К1, что с одной стороны служит компенсаторным механизмом, вы равнивая равновесие КОС, но с другой стороны — это «чистые потери бикарбонатов и электролитов».
Усиленное выделение калия с мочой может стимулироваться и избыточным образованием альдостерона (вторичный альдостеронизм). Состояние усугубляется развившимся гипокалиемическим алкалозом. При уменьшении К+ в организме водородные ионы проникают в клетки тканей и частично секретируются в мочу.
Гипокалиемия, вызванная острыми и хроническими потеря ми калия через ЖКТ, неизбежно сочетается с метаболическим алкалозом. В большинстве случаев гипокалиемия сочетается с ост рой потерей хлоридов и тогда алкалоз становится не только гипокалиемическим, но и гипохлоремическим. Обычно при этом кон центрация калия падает ниже 3 ммоль/л, а хлоридов ниже
Ї19
30 ммолъ/л. Механизм алкалоза при гипокалиемии связан с пере мещением части водородных ионов из внеклеточного пространства внутрь клетки взамен покинувших клетку катионов калия. Таким образом, гипокалиемический алкалоз почти всегда означает разви тие клеточного ацидоза. По-видимому, это происходит мозаично, одни ткани отдают калий для обеспечения равновесия в плазме, другие — плазма обеспечивает калием. Развивается внутриклеточ ный алкалоз с алкалемией. При этом в системах регуляции кислот но-основного гомеостаза происходит следующее: водород уходит из фосфатной системы (в крови увеличиваются двузамещенные фосфаты) и из белковой системы в обмен на натрий. Угнетается дыхание, с одной стороны, задерживается С02, а с другой сторо ны, нарастает гипоксия, еще больше увеличивается внутриклеточ ный ацидоз. В почках НС03_ реабсорбируется полностью, с калием выделяется хлор. Развивается дефицит хлора в организме.
Дыхательный алкалоз.
Газовый алкалоз является следствием:
1) усиленного выведения углекислого газа при нарушениях внешнего дыхания гипервентиляционного характера (высотная бо лезнь, истерия, эпилепсия, опухоль мозга, отравление салицилатами, перегревание, стеноз гортани 1—2 степени);
2) ИВЛ в режиме гипервентиляции.
Патогенетически газовый алкалоз является следствием первич ного нарушения легочной системы КОС. Гипервентиляция^в тече ние нескольких минут уменьшает концентрацию Н2С03 в жидких средах организма, а сдвиг концентрации бикарбонатов (буферных оснований) в течение часа или нескольких часов. Потому в на чальных стадиях чрезмерного выведения С02 в крови возникает алкалемия, но в организме алкалоз не развивается. Самопроиз вольная гипервентиляция (одышка) очень долго продолжаться не может, т. к. гипокапния и высокий рН ведут к падению возбуди мости дыхательного центра и прекращению одышки, поэтому уси ленный респираторный алкалоз бывает только при ИВЛ без кон троля показателя рС02 и поражениях мозга.
Влегочно-капиллярном русле вследствие большой потери С02
вплазме уменьшается НС0 3 (переходит в эритроциты); осво бождающийся натрий из бикарбонатной системы связывается с
белком, фосфатным буфером и хлором, вышедшим из эритроци та. При этом из белка и фосфатной системы освобождаются Н+ ионы, которые вступают во взаимодействие с НС0 3 . Концентра
ция ионов калия снижается, т. к. они переходят внутрь клеток в обмен на ионы Н+. Ионы Н+ поступают из клеток и образуют с НС03~ угольную кислоту. Происходит демпферирование равнове сия, однако возможно развитие внутриклеточного алкалоза.
120
В капиллярно-венозном русле обычно происходит интенсив ный переход С02 в эритроцит с выходом из эритроцита НС03~, однако в такой ситуации этого процесса недостаточно для попол нения бикарбонатного буфера. В результате уменьшения содержа ния в эритроците С02 возрастает сродство гемоглобина к кисло роду и кислород медленнее переходит в ткани, появляются кис лые продукты (молочная кислота и др.).
При падении рС02 крови происходит уменьшение секреции Н+ эпителием почечных канальцев, вследствие чего уменьшается реабсорбция натрия и НС03 ", т. е. усиливается выделение бикар боната и двузамещенного фосфата; рН мочи сдвигается в щелоч ную сторону и концентрация оснований плазмы падает.
Длительная гипервентиляция легких приводит к гипоксии и возникновению метаболического ацидоза, и внутриклеточный алкалоз постепенно компенсируется смещением внутриклеточно го рН в кислую сторону.
Нарушения в организме при дыхательном (газовом) алкалозе главным образом обусловлены явлениями гипокапнии (низкого рС02 крови). Снижение рС02 ведет к падению тонуса сосудов и кровяного давления. Понижен приток венозной крови к сердцу и его минутный объем. Поэтому после длительной чрезмерной ги первентиляции могут наблюдаться явления коллапса с наруше нием функции центральной нервной системы. Респираторный ал калоз сопровождается снижением в плазме концентрации актив ных солей натрия, калия. Это способствует потере с мочой большого количества жидкости и обезвоживанию. Понижение в крови кон центрации ионизированного кальция (в связи со сдвигом рН в щелочную сторону) может приводить к судорожным явлениям (тетания).
Смешанные формы алкалоза могут встречаться при наруше нии функции дыхания (черепно-мозговая травма) и желудочнокишечного тракта (неукротимая рвота). Дыхательный алкалоз вслед ствие нарушения диссоциации оксигемоглобина может приводить
кметаболическому апилозу.
7.2.Клиническая патофизиология кислотно-основного равновесия
Мы посчитали целесообразным дать более подробную характе ристику нарушений КОС, встречаемых в клинической практике.
Метаболический ацидоз наблюдается в тех случаях, когда в организм поступает или образуется Н+, либо имеет место потеря бикарбоната из внеклеточной жидкости. Метаболический ацидоз приводит к снижению рН и концентрации бикарбонатного барь-
121